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平顶山市大气环境质量


平顶山学院 2009 届本科生毕业论文

基于共原点灰色聚类法的平顶山市大气环境质量研究

基于共原点灰色聚类法的平顶山市大气环境质量研究
摘要
文章对 2002-2009 年平顶市主要污染因子(SO2、NO2、PM10)的年变化趋势进行 统计分析,根据改进后的大气环境质量标准利用共原点灰色聚类法评价模型对各年大 气环境

质量状况做出合理的综合评价,结果显示平顶山市空气质量为安全级。并由各 污染因子的权重判断出可吸入颗粒物(PM10)为平顶山市大气质量的主要制约因子,而 二氧化硫(SO2)的权重逐步上升。

关键词:共原点灰色聚类法,大气环境质量,平顶山市 :

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Research of the Atmospheric environment quality based on origin grey clustering method in Pingdingshan city
The paper analyses the trends of the main pollution factors (SO2, NO2, PM10) from 2002-2009 In Pingdingshan, According to the improved air quality standards and gray clustering method, to make a reasonable evaluation for each year's air quality, which show that the air quality of Pingdingshan is security. And under the the main pollution factors' weight it can conclude that PM10 is the main constraint factor, while the weight of SO2 continue to increase. Key Words:origin grey clustering,air quality,Pingdingshan City

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目录
................................................................ ................................. 1 引言 ................................................................. 1 .................................................. 2 研究区地理气候概况 .................................................. 1 ................................... 3 平顶山市主要大气污染物变化趋势分析 ................................... 2 .......................................... 4 共原点灰色聚类模型计算方法[6] .......................................... 3 ................................................... 4.1 确定功效函数 ................................................... 3 ................................................... 4.2 计算权系数 Wjk ................................................... 4 ................................................. 4.3 计算聚类系数 Aik ................................................. 4 4.4 构造聚类向量 Ai 和确定最终污染等级 ............................... 4 ......................................... 5 平顶山市大气环境质量综合评价 ......................................... 4 ....................................................... 5.1 数据来源 ....................................................... 4 ................................................. 5.2 评价标准的界定 ................................................. 5 5.3 功效函数计算 .................................................... 5 .................................................... ..................................................... 5.4 计算权系数 ..................................................... 6 ...................................... 5.5 计算聚类系数并确定最终类别 ...................................... 7 ............................................................. 6 结果分析 ............................................................. 7 ............................................................. 7 措施建议 ............................................................. 8 ........................................... 7.1 依靠科技提高技术水平 ........................................... 8 ................................................... 7.2 调整工业布局 ................................................... 8 ............................................ 7.3 加强机动车尾气的监管............................................ 8 ................................................... 7.4 搞好城市绿化 ................................................... 8 加强环境管理,加大执法力度 力度, 7.5 加强环境管理,加大执法力度,控制新污染源 ........................ 8 ............................................................... 8 结束语 ............................................................... 9 ............................................................... 参考文献 ............................................................... 9

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1 引言
长期以来,我国的能源结构以煤炭为主,各主要城市燃煤比重在整个能源结构中 一般占 80%以上,很多已经超过 90%,加之城市居民家庭小炉灶直接低空排放,产生 了大量的烟尘、二氧化硫等污染物,导致严重的煤烟型大气污染。同时,迅速的城市 化伴随机动车数量的快速增长,在一些大、中城市还出现了严重的机动车尾气污染。 因此,如何改善城市大气环境质量日益成为专家和学者们关注的热点问题。 目前,大气环境质量评价多采用综合指数法、层次分析法、灰色聚类模糊综合评 判法和灰色系统法等[1-2]。灰色系统法是在模糊数学理论的基础上进一步发展起来的, 该方法既注意到模糊性,又充分利用了白化信息,因此在大气环境评价中得到了广泛 的应用。但是它受到关联系数两级差的影响,评价价值趋于均化,分辨率较低,不易 区分两级别间的差异[3-4]。而共原点灰色聚类分析法,将传统灰色聚类法中聚类函数的 确定,由分段、分斜率计算,改为共原点、分段计算,从而使整个计算过程更为简便、 合理,体现出灰色系统的特点,更充分地利用了已知信息,使评价结果更为客观、准 确 。 平顶山市是以矿产资源为基础发展起来的工矿业城市,能源工业在产业结构中占 优势地位,煤炭消耗量、 “三废”排放量巨大,环境污染日趋严重,这极大地制约着平 顶山市可持续发展能力和和谐社会的建立。本文以平顶山市区 2002 -2009 年的大气常 规监测数据为基础,分析市区当前空气环境质量状况,探讨其污染特征,并据此提出 防止措施。
[5]

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研究区概况

平顶山市位于河南省中南部,地理坐标介于东经 112°42′~113°37′,北纬 33° 20′~34°01′之间,总面积为 7882km2。该区地处豫西山地向豫东平原的过渡地带,地 势西高东低,在市区基本形成北西南三面环山或土丘,东部平坦开阔的箕型地貌,不 利于大气污染物的扩散, 从而对市区大气环境保护工作造成不利影响。 本区地处秦岭淮河以北,属暖温带季风气候,光照充足,四季分明,春秋温和,冬季寒冷干燥,夏

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季炎热多雨。多年平均相对湿度 68.55%,年平均风速 1.8m/s,最大风速 2.4m/s。风向 以偏东、西北、东北风最多,静风频次较高,因而不利于环境空气的扩散。根据全省 2006 年~2007 年进行的森林资源二类清查, 全市现有林业用地 364.4 万亩, 全市森林 覆盖率 24.98%,林木覆盖率 26.89%,活立木蓄积 697.8 万立方米。林业为改善生态 环境、建设生态文明、全面构建和谐社会作出了重要贡献。 平顶山是我国北方一个因煤而建、以煤而兴的新兴工业城市。目前已建成以能源 原材料工业为主体,以煤炭、电力、钢铁、纺织为支柱、化工、机电、建材、食品工 业等综合发展的新兴工业城市。现有规模以上工业企业 739 家,其中大中型工业企业 60 家,上市公司 3 家。具有河南省最大的煤炭生产企业、新型干法水泥生产企业和世 界最大的帘子布生产企业,是全国最大的特宽特厚钢板科研生产基地。 由于平顶山市区的能源构成以煤为主,这就决定了平顶山市区的污染为典型的煤 烟型大气污染。平顶山市区年均烟尘排放量达 31876.5t,是主要的大气污染污染源。 虽然平顶山的煤炭含硫量较低,但仅在 2006 年工业二氧化硫排放量就高达 100250t, 因此,对二氧化硫产生的污染应引起足够的重视。同时随着市区交通车辆的增加,氮 氧化物的排放量也呈上升趋势,由此造成的污染也应引起足够的重视。

3 平顶山市主要大气污染物变化趋势分析
根据平顶山市 2002-2009 年度二氧化硫(SO2) 、二氧化氮(NO2)和可吸入颗粒物 (PM10)的监测结果,统计各主要污染物的年平均浓度,绘制曲线图 1 如下:
污染物年均值

0.190 0.160 0.130 0.100 0.070

SO2 NO2

0.040 0.010 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年份

PM10

如图所示,2002-2009 年期间 SO2 的平均值超出国家大气污染环境质量二级标准 1.67%,2007 年超标率最高为 23.33%.市区的 SO2 浓度总体下降趋势不大,这与平顶 山市的耗煤量有较大的关系。近八年 NO2 的浓度值均符合国家大气环境质量二级标准。
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自 2005 年后,NO2 浓度值呈缓慢上升的趋势,最高值为 0.051mg/m ,这与经济的增长带 来机动车数量的增加,而机动车排放的尾气没有得到很好的治理有关。上图显示, 2002-2009 年间, 10 年平均值仅在 2008 年和 2009 年符合国家大气环境质量二级标准, PM 2004 年超标率为 0.7%,而之后呈逐年下降趋势与近年来连续实施的“蓝天工程”和 创建园林卫生城市有很大的关系, 烟尘去除率和粉尘回收率由 2002 年的 97.7%和 93.2% 上升到 2006 年的烟尘去除率 98.5%,粉尘回收率 94.7%,从而在一定程度上改善了大 气质量。

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共原点灰色聚类模型计算方法[6] 4 共原点灰色聚类模型计算方法
传统的灰色聚类使用分段、分斜率的方法来计算聚类函数,而共原点灰色聚类分 析法是用共原点的方式来确定功效函数的。当污染因子与评价等级确定后,以各评价 等级标准值为中心,向两侧进行模糊扩展,且左侧共原点(即零点) ,以此来最后区别 各聚类元素在其聚类指标下的所属污染类别[7-9]。

4.1 确定功效函数
在被评价区域内选去 n 个污染物作为污染指标项,以 j=1,2,…n 表示;选取 m 个 评价等级以 k 表示,共 m 级,k=1,2…m;选取 h 个评价对象,以 i=1,2…h 表示。其具 体功效函数有如下三种形式: (1) 当 k=1 时 1 Yjk(X)= ajk﹒(2 λ jk-Xj) 0 X ∈ [0, λ jk] X ∈ [ λ jk,2 λ jk] X ∈ [2 λ jk, ∞ ]
(1)

(2) 当 k=2,3,…m-1 时 ajk﹒Xj Yjk(X)= ajk﹒(2 λ jk-Xj) 0 (3) 当 k=m 时 ajk﹒Xj X ∈ [0, λ jk]
3

X ∈ [0, λ jk] X ∈ [ λ jk,2 λ jk] X ∈ [2 λ jk, ∞ ]
(2)

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Yjk(X)= 1 X ∈ [2 λ jk, ∞ ] 式中: λ jk——种污染物第 k 级标准值;

(3)

ajk——功效函数系数,由点(0,0)及点( λ jk,0)来确定; Xj——第 j 种污染物的监测值; Yjk(X)——Xj 所对应的功效函数值。

4.2 计算权系数 Wjk

? Wjk= λ ?1 / ∑ λ jk1 jk j =1

n

(4)

该式可反映出,污染物各污染等级要求越严格(即 λ jk 值越低) ,污染物危害越大, (即在很低的浓度下就可以造成污染)则所赋权重越大的特点,因此是比较合理的。

4.3 计算聚类系数 Aik
聚类系数 Aik 由下式求得:
n

Aik= ∑ w jk ﹒Yjk(X)
j =1

(5)

4.4 构造聚类向量 Ai 和确定最终污染等级
聚类向量 Ai 由下式求得:

Ai ={ Ai1, Ai2,… ,Aim }

(6)

在 Ai 中找出最大元素 Aik, Aik=max{ Aik }。从 Aik 中判断出,该聚类元素属于第 k 级 污染,从而完成了整个分析过程。

5 平顶山市大气环境质量综合评价
5.1 数据来源
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选取平顶山市 2002-2009 年的大气环境质量监测数据作为评价对象(h=8),污染 物指标集合为 x={SO2、NO2、PM10} (n=3) ,其具体监测数据见表 1. 表 1 平顶山市 2002-2009 年各污染物的年平均浓度值(mg/m3) 年份 2002 2003 2004 2005 2006 年份 2007 2008 2009 SO2 0.054 0.065 0.070 0.067 0.058 SO2 0.074 0.055 0.045 NO2 0.042 0.042 0.049 0.043 0.045 NO2 0.05 0.051 0.046 PM10 0.191 0.154 0.174 0.147 0.142 PM10 0.116 0.097 0.096

注:数据来源于平顶山市环境质量公报。

5.2 评价标准的界定
依据《环境空气质量标准》 (GB3095-1996)中有关规定,平顶山市应执行二级标 准。但由于国家环境质量标准仅分成了三级,不利于大气评价结果发挥警报功能。因 此本文从大气环境评价角度出发,对国家环境质量标准进行补充,共分为五级[10]。 表 2 大气环境质量评价标准浓度限值(mg/m3) 污染物 取值 时间 SO2 NO2 PM10 年均值 年均值 年均值 Ⅰ级 (理想级) 0.02 0.04 0.04 Ⅱ级 (良好级) 0.04 0.06 0.07 Ⅲ级 (安全级) 0.06 0.08 0.10 Ⅳ级 Ⅴ级

(污染级) (重污染级) 0.10 0.08 0.15 0.25 0.12 0.25

功效函数计算 5.3 功效函数计算
根据表 1 和表 2 以及公式(1)(2)(3)计算的功效函数值如下: 、 、 表 3 2002-2009 年各污染物的功效函数值 年份 指标 Ⅰ级 Ⅱ级
5

Ⅲ级

Ⅳ级

Ⅴ级

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SO2 2002 NO2 PM10 SO2 2003 NO2 PM10 2004 SO2 NO2 2004 PM10 SO2 2005 NO2 PM10 SO2 2006 NO2 PM10 SO2 2007 NO2 PM10 SO2 2008 NO2 PM10 SO2 2009 NO2 PM10

0.0000 0.9500 0.0000 0.0000 0.9500 0.0000 0.0000 0.7750 0.0000 0.0000 0.9250 0.0000 0.0000 0.8750 0.0000 0.0000 0.7500 0.0000 0.0000 0.7250 0.0000 0.0000 0.8500 0.0000

0.6500 0.7000 0.0000 0.3750 0.7000 0.0000 0.2500 0.8317 0.0000 0.3250 0.7167 0.0000 0.5500 0.7500 0.0000 0.1500 0.8333 0.3429 0.6250 0.8500 0.6143 0.8750 0.7667 0.6286

0.9000 0.5250 0.0900 0.9167 0.5250 0.4600 0.8333 0.6125 0.2600 0.8833 0.5375 0.5300 0.9667 0.5625 0.5800 0.7667 0.6250 0.8400 0.9167 0.6375 0.9700 0.7500 0.5750 0.9600

0.5400 0.5250 0.7267 0.6500 0.5250 0.9733 0.7000 0.6125 0.8400 0.6700 0.5375 0.9800 0.5800 0.5625 0.9467 0.7400 0.6250 0.7733 0.5500 0.6250 0.6467 0.4500 0.5750 0.6400

0.2160 0.3500 0.7640 0.2600 0.3500 0.6160 0.2800 0.4083 0.6960 0.2680 0.3580 0.5880 0.2320 0.3750 0.5680 0.2960 0.4167 0.4640 0.2200 0.4250 0.3880 0.1800 0.3833 0.3840

5.4 计算权系数
根据表 2 级公式 4,计算权系数如下表: 表 4 各污染因子、各等级的权系数值 指标 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级

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SO2 NO2 PM10

0.5000 0.2500 0.2500

0.4468 0.2979 0.2553

0.4255 0.3191 0.2553

0.3429 0.4286 0.2286

0.2449 0.5102 0.2449

5.5 计算聚类系数并确定最终类别
根据表 3 及公式(5) ,计算得 Aik 见图 2。经过构造聚类向量,划分等级等一系列 步骤,所得各年大气污染程度见图 2。
图2 各年份聚类系数值及最终类别 聚类系数值 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2002 2003 2004 2005 2006 年份 2007 2008 2009

Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级

评价结果表明平顶山市 2002 年、 2004 年及 2005 年的大气环境质量为Ⅳ级 (污 染级) ,2006~2008 年和 2003 年为Ⅲ级(安全级) ,2009 年为Ⅱ级(良好级) 。且 其排序为 2009<2008<2006<2005<2003<2007<2002<2004。

6 结果分析
(1)总的来看,平顶山市近几年空气环境质量基本达到国家二级标准,PM10 趋于 下降,2006-2007 年 SO2 浓度急剧上升,NO2 浓度有所控制,近八年的大气环境质量整 体上略有改善。 (2)在 2007 年,平顶山市区的 SO2 硫浓度达到近八年的最大值 0.074,而成为空 气环境质量的首要影响因素。 (3)随着机动车辆的迅速增加,NO2 浓度呈增高趋势,煤烟石油混合型(由于铅、 光化学氧化剂数据缺失,而主要研究 NO2 的浓度变化趋势)的污染特征将越来越明显。 (4)虽然平顶山市大气的 PM10 有下降趋势,但到目前为 PM10 仍然是权重最大,对
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大气污染贡献最大的污染物,平顶山市应进一步加强管理,控制 PM10 的排放量。

7 措施建议
7.1 依靠科技提高技术水平
污染物的产生实际上是由于技术上的不完善、不成熟造成的。依靠科学技术、发 展洁净煤技术和燃煤过程脱硫技术,改造工业锅炉减少烟粉尘、废气的排放量,进一 步加强排污大户企业“三废”处理工程建设,积极开发并利用高新技术,研究并推行 无污染的清洁工艺技术,从而提高资源利用率,争取把污染消除与生产过程中或减少 新污染的排放量。

7.2 调整工业布局
工业布局不合理是造成大气环境容量使用不合理的直接因素。合理开发大气环境 容量应从调整城区工业布局、搞好环境规划方面入手,减少城区中心上风向污染源, 建立集中工业区,发展新兴支产业。

7.3 加强机动车尾气的监管
要实行机动车排污合格证制度, 对于尾气排放不达标的车辆要安装净化器。 同时, 还要尽量推广无铅汽油的使用, 并积极鼓励市民购置节能减排汽车, 以减少尾气污染。

7.4 搞好城市绿化
搞好城市绿化是防治城市大气污染的重要生物措施。利用植物杀菌、滞尘、调节 二氧化碳和氧气比例等特性,减少城市大气污染,提高城市大气环境质量。

加强环境管理,加大执法力度, 7.5 加强环境管理,加大执法力度,控制新污染源
以强化 管理为中心的环境政策体系,主要包括三大政策和八项制度。同时,加强 排污企业的环境管理和监督,确保消烟除尘等环保设施正常有效运转。加大对秸秆焚 烧的监督力度。
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8 结束语
本文将共原点灰色聚类法应用于平顶山市 2002-2009 年的大气环境质量综合评 价,评价结果表明平顶山市的空气环境质量整体良好,个别年份污染比较严重(2004 年、2007 年) ,近 3 年的空气质量得到了明显改善,这说明环保部门制定的相关措施 起到了一定的作用。

参考文献
[1] 孙江城,刘立春,赵兴文.常用环境质量综合指数法的评述和适用性比较 [J].中 国公共卫生,1996,12(7) :42-46 [2] 张松滨,赋权共原点灰色聚类与环境质量评价[J].贵州环保科技,2005,11(1) : 21-25 [3] 王琪,张伟.城市环境质量定量评价方法 [J].环境科学与管理,2006,31(2) : 23-27 [4] 张松滨,马晓波.环境质量评价中的共原点灰色聚类法 [J].化工环保,1995,12 (7) :305-309 [5] 张松滨,王凤翔.湖泊富营养化程度的灰色判别 [J].吉林化工学院学报,1993, 10(2) :98-102 [6] 钟满秀,张江山.共原点灰色聚类法在大气环境评价中的应用——以福州市 2001-2008 年大气环境质量为例 [J].环境科学导刊,2010,29(4) :90-92 [7] 邓聚龙.灰色系统(社会、经济)[M].北京:国防工业出版社,1985:95-110 [8] 徐卫国,张清宇,郭慧,等.灰色聚类模型的改进及应用研究[J].数学的实践与认 识,2006,36(6) :200-205 [9] Liu Sifeng,Lin Yi.An In Introduction to Grey Systems:Foundations,Methodology and Applications [M].Grove City:IIGSS Academic Publisher ,1998:8-40 [10] 王文成,李铁松,单礼堂,等.应用模糊数学评价南充市大气环境质量 [J].环境 科学与管理,2006,31(7) :45-50

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